六、生理学与遗传学
19世纪以后，生理学和遗传学有了较快的发展，经许多科学家的努力，奠定了现代生理学和遗传学的基础。
（一）生理学
早期的生理学研究是一种猜测性的、描述性的，缺乏系统的理论。如果说解剖学主要侧重研究人体的结构，生理学则主要侧重研究功能。
较早对生理学进行探索的是桑克托留斯（Sancotorius，1561－1636），他曾研究过人体的睡眠、休息、活动、出汗等过程；笛卡尔（R.Descartes，1596－1656）用机械的观点研究人体，把人看成是一架机器，认为人的心脏中有一种"无光之火"给心脏以十分强烈的火和热；后来的博雷利（G.A．boalli，1608－1697）对人的生理的解释也像笛卡尔一样，认为是一种单纯的机械运动，他是医学物理学的奠基人。另外，格列森（F. Glisson，1597－1677）提出，生理活动是机体的应激反应，如胆囊和胆道，被刺激时就会释放出更多的胆汁，他以这类现象为依据，建立了生理学的"应激理论"。斯坦诺（N.Steno，1638－1686）反对灵气的生理说，认为尽管许多前人谈到过灵气，但实际上这是一种毫无意义的词句。
18世纪的哈尔波夫（Boerhaave， 1668－ 1738）和他的学生哈勒（A .VonHaller）研究了人体的消化、呼吸等过程，并著有《实验生理学》一书，开拓了实验生理学的新领域。但这时的拉美特刊（LaMettrie，1709－1751）也和以前的笛卡尔一样，认为人是机器，按着物理规律来运转。1777年，拉瓦锡发现氧化燃烧过程以后，用氧化说解释动物的呼吸。
19世纪，化学家维勒（Wohlo，1800－188）在1828年合成尿素以后打破了生理学中"生命力"的神话，在有机界和无机界之间架起了一座桥梁。著名的马让迪（F. Maqendie，1783－ 1855）主要以"活体解剖"来探索人的生理过程，但这种方法引起了一系列的抗议，许多人反对他做这种"疯狂"的实验。
马让迪的学生贝尔纳（C. Bernard， 1813－ 1878）又继续了马让迪的工作，发现了肝脏的产糖功能和血管运动神经，还发现了刺伤脑的第四脑室底部能使动物发生暂时性的糖尿病。他通过一系列的研究说明，机体功能的产生是受中枢神经控制的。贝尔纳最重要的贡献是最先把机体分为内环境和外环境，并指出，尽管外环境变化，但内环境还是能够保持恒定，内环境的恒定是生命得以存在的条件。他提出的"内环境恒定"的概念是生理学上一个十分重要的概念。他所撰写的《实验医学研究导论》成了生理学发展史上的一个里程碑。在生理学方面，贝尔纳主要奠定了两个方面的基础：
（1）解决了动物肝脏的糖分生成作用和动物的合成能力。他证实了动物食物中，即使不含糖分时，动物血中也依然存在着糖类，说明了其他物质在肝脏中转化为葡萄糖的作用，从而否定了动物肝脏只能从血液（必须经过食物）摄取葡萄糖的旧观念，同时还发现了糖在所有组织中的酵解作用。
（2）创造性地提出了生物体内环境恒定的概念。这一概念一直启迪着后来的研究者，并被后来的研究所充实和发展。例如坎农（B.CannO，1871－1945）后来就独立地在贝尔纳研究的基础上，提出了生命的"体内平衡"（homeostasis）的新概念，并认为可以通过这种平衡维持生命内环境的恒定。
坎农还指出，体内平衡并不是指稳定的、不变的和停止不动的意思，而是指一种条件，指一种可能是变化的但又是相对恒定的条件。后来，内环境恒定和生物体内平衡的概念又扩展到极为广泛的领域，如生态系统、工程技术、社会经济等多种方面。
近几十年，科学家们又对内环境稳定和体内平衡的过程和机制做了一系列的探索。发现生物体是通过一系列的负反馈，来实现内环境恒定和体内平衡的，要实现这一复杂过程，内部组织器官要互相协调，并有内部与外部的能量、物质、信息的交换与流通，只有这样才能做出灵活的负反馈，使生物体在恒定与平衡中生存和发展。
（二）遗传学
遗传学是一个古老的学科。19世纪以后，遗传学才逐步系统化和理论化。
首先，达尔文把遗传问题的探讨看作是研究亲代把性状传给子代的过程，研究亲代是如何在外界条件的影响下，把性状直接传给子代的。但他对遗传过程的讨论是不清晰的，他虽然谈到了性选择的重要性，但没有能认识到性生殖在导致重新分离和重新组合中的重要性，他不是把有性生殖看成种群中产生多样性的原因，反而认为是产生"均一性"的途径。他坚持把环境的影响看作是导致变异和把变异保持下去的原因。
为了建立把遗传、变异、进化都包括在内的统一的理论，达尔文在一定程度上复活了古代希波克拉底的遗传理论，认为亲代的遗传"胚芽"或"单位"，在生殖器官中被武装起来了，并进入到精子或卵子的细胞中。受精时，从双亲方面来的遗传"胚芽"或"单位"，互相结合起来，从而使新个体与亲代相似，但是，并不是父母双方的遗传"胚芽"都表达或显露出来。
"优先遗传"，这就是后来说的显性遗传，有的"潜伏下来"'，暂不遗传，这就是后来说的隐性遗传。达尔文的这种遗传理论被称为"暂时源生论假设"，后来证明，其理论是不够完善的。
在遗传学上做出重大贡献的是孟德尔（G. Mendel，1822－1868），他是奥地利人，被称为现代遗传学之父。1865年他发表了《植物杂交实验》的论文，从而提出了相当于现代科学所说的"基因"的"遗传单位"的概念。孟德尔通过豌豆的实验，发现了遗传定律，这就是著名的孟德尔定律，该定律包括三个部分：①显性定律；②分离定律；③自由组合定律（独立分配定律）。他用豌豆进行杂交时观察到：第一，用两种具有相对性状的纯质亲本进行杂交，如纯红花豌豆和纯白花豌豆互相杂交，由于某个性状对它的相对性状有显性作用（如红花和白花），杂交后的子代中，所有个体都表现出这一性状，如红白花豌豆杂交后的第一代子代都是红花，这是因为红花对白花而言是显性的，所以第一子代显出的是红花，而不是白花，这就是所谓的显性定律；第二，在红白花豌豆杂交后产生的子二代中，情况就发生了重要变化，出现了分离。于二代中既有白花又有红花，而且红花种与白花种之比为3 ：1，出现这样简单的数量关系，这就是分离定律；第三，孟德尔以分离定律的3 ：1为基础，经实验发现，在两对和两对以上的相对性状的杂交中，子二代出现独立分配的现象，例如红花高植株豌豆与白花矮植株杂交时，产生的第一代子代都是红花高植株，再进一步产生的子二代红花与白花之比为3 ：1，高植株与矮植株（包括红花高植株与白花矮植株、白花高植株与白花矮植株）之比也是3 ：1，这样一来，子二代中，红花高植株与红花矮植株、白花高植株与白花矮植株四者的比例分配就成了9 ：3：3：1，这就是有名的孟德尔自由组合定律（独立分配定律）。
孟德尔的发现，在遗传学上有着划时代的意义，但当时并未引起注意，因而被埋没了很长时间，一直到20世纪初，经过荷兰植物学家德佛里斯（H .Devies， 1848－ 1935）、德国植物学家柯灵斯（Karl Erich Correns，1864－1933）、奥地利植物学家丘敬马克（E. T. Von Seyseneqq，1871－1963）分别予以证实，孟德尔遗传定律才被确定下来。
孟德尔1822年出生于奥地利西里西亚的一个小村庄的农民家庭中，有才好学，1853大学毕业后在修道院较系统地研究了豌豆、蜂群、老鼠的杂交和遗传问题。1868年1月6日去世，新的修道院院长罗马伯恩克（Rambousek）烧毁了孟德尔的一切私人文件和有关科学研究的原始资料。孟德尔在1865年发表的遗传学论文，一直到1899年才重新被发现。后经过魏斯曼的工作，把细胞学、进化论、遗传学三者统一起来。
魏斯曼（A·Weismann，1834－1914）是德国杰出的生物学家，早年在哥廷根学医，后放弃医学专门研究动物学。1865年发表了《作为遗传理论基础的物质连续性》的论文，指出：遗传是有一定化学成分的、首先是具有一定分子性质的物质，从亲代向子代传递实现。他还通过对细胞分裂和多方面的显微研究指出：细胞分裂的复杂机制，实际上其唯一意义在于分裂染色体，而染色体是细胞核内最重要的成分。魏斯曼的研究，成了现代分子生物学的基础。
七、地质学
(一)"水成论"与"火成论"
早在18世纪以前，就有了对岩石成因的水成说和火成说之争，但没有形成系统的观点。18世纪末，德国矿物学家维尔纳(A.Wullner)把水成说的观点进一步深化。他指出地球表面最初是一片汪洋，所有岩层都是在海水中经沉淀、结晶而形成，后来由于全球水位突然下降，才使岩层露出水面，形成高山和陆地。苏格兰地质学家赫顿(J.Hutton,1726～1797)则极力主张火成说。他认为地心是熔融的岩石，当能量达到一定程度时，熔融的岩石就会冲破地壳喷发出来，固化为新岩层。水成说和火成说两大学派相互争论持续了40年之久，对19世纪的灾变论和渐变论的产生有重大影响。
(二)"灾变论"与"渐变论"
灾变论的主要代表是法国地质学家居维叶(G.B.Cuvier1769～1832)。1825年，他在《论地球表面的变动》一书中把地质变化的形式看成是突发的灾变。因为地质考察发现，不同的地层中，有各种不同的化石，并且地层越深，其动植物化石的构造越简单，和现在的动植物形态差别也越大，有的种属已灭绝。据此，居维叶指出，由于发生过多次洪水灾变，才出现了不同的地层。他认为这种洪水的进退是大规模的激变，每一次洪水都把地球上的生物扫荡净尽，造成化石，而最后一次洪水即是《圣经》上所说的"摩西洪水"，它退却后才出现了现今这种地层的基本轮廓。居维叶的灾变论，由于把神学引进地质学中，得到宗教的支持而盛行一时。
渐变论正值灾变论盛行之时，英国著名地质学家赖尔(Ryle)，经过长期的地质勘察，和对前人的学说的研究，于1830年――1833年完成了《地质学原理》一书。赖尔在书中指出，地质的变迁，不必用什么神奇的、超自然的力量来解释，就从现在不断发生着的自然作用，如风、雨、河流、海浪、潮汐、冰川、火山和地震等自然力，不断地侵蚀搬运以及沉积，就能改变地层表面的状况。从古至今，这种微弱的地质作用是均一的。因而过去的地质变化过程是缓慢的。赖尔还指出，如果把地球的年龄估计过短，就看不出这种缓慢的变化。而居维叶正是把几百万年的历史误认为几千年来研究，才导致灾变论的出现，只要把地球的历史看得很长很长，人们就能看到，地球经过一系列缓慢变化，已经发生了巨大变革。赖尔的渐变论有力地驳斥了灾变论的观点，把地质学引向了进化、科学的道路。
19世纪以后，生理学和遗传学有了较快的发展，经许多科学家的努力，奠定了现代生理学和遗传学的基础。
（一）生理学
早期的生理学研究是一种猜测性的、描述性的，缺乏系统的理论。如果说解剖学主要侧重研究人体的结构，生理学则主要侧重研究功能。
较早对生理学进行探索的是桑克托留斯（Sancotorius，1561－1636），他曾研究过人体的睡眠、休息、活动、出汗等过程；笛卡尔（R.Descartes，1596－1656）用机械的观点研究人体，把人看成是一架机器，认为人的心脏中有一种"无光之火"给心脏以十分强烈的火和热；后来的博雷利（G.A．boalli，1608－1697）对人的生理的解释也像笛卡尔一样，认为是一种单纯的机械运动，他是医学物理学的奠基人。另外，格列森（F. Glisson，1597－1677）提出，生理活动是机体的应激反应，如胆囊和胆道，被刺激时就会释放出更多的胆汁，他以这类现象为依据，建立了生理学的"应激理论"。斯坦诺（N.Steno，1638－1686）反对灵气的生理说，认为尽管许多前人谈到过灵气，但实际上这是一种毫无意义的词句。
18世纪的哈尔波夫（Boerhaave， 1668－ 1738）和他的学生哈勒（A .VonHaller）研究了人体的消化、呼吸等过程，并著有《实验生理学》一书，开拓了实验生理学的新领域。但这时的拉美特刊（LaMettrie，1709－1751）也和以前的笛卡尔一样，认为人是机器，按着物理规律来运转。1777年，拉瓦锡发现氧化燃烧过程以后，用氧化说解释动物的呼吸。
19世纪，化学家维勒（Wohlo，1800－188）在1828年合成尿素以后打破了生理学中"生命力"的神话，在有机界和无机界之间架起了一座桥梁。著名的马让迪（F. Maqendie，1783－ 1855）主要以"活体解剖"来探索人的生理过程，但这种方法引起了一系列的抗议，许多人反对他做这种"疯狂"的实验。
马让迪的学生贝尔纳（C. Bernard， 1813－ 1878）又继续了马让迪的工作，发现了肝脏的产糖功能和血管运动神经，还发现了刺伤脑的第四脑室底部能使动物发生暂时性的糖尿病。他通过一系列的研究说明，机体功能的产生是受中枢神经控制的。贝尔纳最重要的贡献是最先把机体分为内环境和外环境，并指出，尽管外环境变化，但内环境还是能够保持恒定，内环境的恒定是生命得以存在的条件。他提出的"内环境恒定"的概念是生理学上一个十分重要的概念。他所撰写的《实验医学研究导论》成了生理学发展史上的一个里程碑。在生理学方面，贝尔纳主要奠定了两个方面的基础：
（1）解决了动物肝脏的糖分生成作用和动物的合成能力。他证实了动物食物中，即使不含糖分时，动物血中也依然存在着糖类，说明了其他物质在肝脏中转化为葡萄糖的作用，从而否定了动物肝脏只能从血液（必须经过食物）摄取葡萄糖的旧观念，同时还发现了糖在所有组织中的酵解作用。
（2）创造性地提出了生物体内环境恒定的概念。这一概念一直启迪着后来的研究者，并被后来的研究所充实和发展。例如坎农（B.CannO，1871－1945）后来就独立地在贝尔纳研究的基础上，提出了生命的"体内平衡"（homeostasis）的新概念，并认为可以通过这种平衡维持生命内环境的恒定。
坎农还指出，体内平衡并不是指稳定的、不变的和停止不动的意思，而是指一种条件，指一种可能是变化的但又是相对恒定的条件。后来，内环境恒定和生物体内平衡的概念又扩展到极为广泛的领域，如生态系统、工程技术、社会经济等多种方面。
近几十年，科学家们又对内环境稳定和体内平衡的过程和机制做了一系列的探索。发现生物体是通过一系列的负反馈，来实现内环境恒定和体内平衡的，要实现这一复杂过程，内部组织器官要互相协调，并有内部与外部的能量、物质、信息的交换与流通，只有这样才能做出灵活的负反馈，使生物体在恒定与平衡中生存和发展。
（二）遗传学
遗传学是一个古老的学科。19世纪以后，遗传学才逐步系统化和理论化。
首先，达尔文把遗传问题的探讨看作是研究亲代把性状传给子代的过程，研究亲代是如何在外界条件的影响下，把性状直接传给子代的。但他对遗传过程的讨论是不清晰的，他虽然谈到了性选择的重要性，但没有能认识到性生殖在导致重新分离和重新组合中的重要性，他不是把有性生殖看成种群中产生多样性的原因，反而认为是产生"均一性"的途径。他坚持把环境的影响看作是导致变异和把变异保持下去的原因。
为了建立把遗传、变异、进化都包括在内的统一的理论，达尔文在一定程度上复活了古代希波克拉底的遗传理论，认为亲代的遗传"胚芽"或"单位"，在生殖器官中被武装起来了，并进入到精子或卵子的细胞中。受精时，从双亲方面来的遗传"胚芽"或"单位"，互相结合起来，从而使新个体与亲代相似，但是，并不是父母双方的遗传"胚芽"都表达或显露出来。
"优先遗传"，这就是后来说的显性遗传，有的"潜伏下来"'，暂不遗传，这就是后来说的隐性遗传。达尔文的这种遗传理论被称为"暂时源生论假设"，后来证明，其理论是不够完善的。
在遗传学上做出重大贡献的是孟德尔（G. Mendel，1822－1868），他是奥地利人，被称为现代遗传学之父。1865年他发表了《植物杂交实验》的论文，从而提出了相当于现代科学所说的"基因"的"遗传单位"的概念。孟德尔通过豌豆的实验，发现了遗传定律，这就是著名的孟德尔定律，该定律包括三个部分：①显性定律；②分离定律；③自由组合定律（独立分配定律）。他用豌豆进行杂交时观察到：第一，用两种具有相对性状的纯质亲本进行杂交，如纯红花豌豆和纯白花豌豆互相杂交，由于某个性状对它的相对性状有显性作用（如红花和白花），杂交后的子代中，所有个体都表现出这一性状，如红白花豌豆杂交后的第一代子代都是红花，这是因为红花对白花而言是显性的，所以第一子代显出的是红花，而不是白花，这就是所谓的显性定律；第二，在红白花豌豆杂交后产生的子二代中，情况就发生了重要变化，出现了分离。于二代中既有白花又有红花，而且红花种与白花种之比为3 ：1，出现这样简单的数量关系，这就是分离定律；第三，孟德尔以分离定律的3 ：1为基础，经实验发现，在两对和两对以上的相对性状的杂交中，子二代出现独立分配的现象，例如红花高植株豌豆与白花矮植株杂交时，产生的第一代子代都是红花高植株，再进一步产生的子二代红花与白花之比为3 ：1，高植株与矮植株（包括红花高植株与白花矮植株、白花高植株与白花矮植株）之比也是3 ：1，这样一来，子二代中，红花高植株与红花矮植株、白花高植株与白花矮植株四者的比例分配就成了9 ：3：3：1，这就是有名的孟德尔自由组合定律（独立分配定律）。
孟德尔的发现，在遗传学上有着划时代的意义，但当时并未引起注意，因而被埋没了很长时间，一直到20世纪初，经过荷兰植物学家德佛里斯（H .Devies， 1848－ 1935）、德国植物学家柯灵斯（Karl Erich Correns，1864－1933）、奥地利植物学家丘敬马克（E. T. Von Seyseneqq，1871－1963）分别予以证实，孟德尔遗传定律才被确定下来。
孟德尔1822年出生于奥地利西里西亚的一个小村庄的农民家庭中，有才好学，1853大学毕业后在修道院较系统地研究了豌豆、蜂群、老鼠的杂交和遗传问题。1868年1月6日去世，新的修道院院长罗马伯恩克（Rambousek）烧毁了孟德尔的一切私人文件和有关科学研究的原始资料。孟德尔在1865年发表的遗传学论文，一直到1899年才重新被发现。后经过魏斯曼的工作，把细胞学、进化论、遗传学三者统一起来。
魏斯曼（A·Weismann，1834－1914）是德国杰出的生物学家，早年在哥廷根学医，后放弃医学专门研究动物学。1865年发表了《作为遗传理论基础的物质连续性》的论文，指出：遗传是有一定化学成分的、首先是具有一定分子性质的物质，从亲代向子代传递实现。他还通过对细胞分裂和多方面的显微研究指出：细胞分裂的复杂机制，实际上其唯一意义在于分裂染色体，而染色体是细胞核内最重要的成分。魏斯曼的研究，成了现代分子生物学的基础。
七、地质学
(一)"水成论"与"火成论"
早在18世纪以前，就有了对岩石成因的水成说和火成说之争，但没有形成系统的观点。18世纪末，德国矿物学家维尔纳(A.Wullner)把水成说的观点进一步深化。他指出地球表面最初是一片汪洋，所有岩层都是在海水中经沉淀、结晶而形成，后来由于全球水位突然下降，才使岩层露出水面，形成高山和陆地。苏格兰地质学家赫顿(J.Hutton,1726～1797)则极力主张火成说。他认为地心是熔融的岩石，当能量达到一定程度时，熔融的岩石就会冲破地壳喷发出来，固化为新岩层。水成说和火成说两大学派相互争论持续了40年之久，对19世纪的灾变论和渐变论的产生有重大影响。
(二)"灾变论"与"渐变论"
灾变论的主要代表是法国地质学家居维叶(G.B.Cuvier1769～1832)。1825年，他在《论地球表面的变动》一书中把地质变化的形式看成是突发的灾变。因为地质考察发现，不同的地层中，有各种不同的化石，并且地层越深，其动植物化石的构造越简单，和现在的动植物形态差别也越大，有的种属已灭绝。据此，居维叶指出，由于发生过多次洪水灾变，才出现了不同的地层。他认为这种洪水的进退是大规模的激变，每一次洪水都把地球上的生物扫荡净尽，造成化石，而最后一次洪水即是《圣经》上所说的"摩西洪水"，它退却后才出现了现今这种地层的基本轮廓。居维叶的灾变论，由于把神学引进地质学中，得到宗教的支持而盛行一时。
渐变论正值灾变论盛行之时，英国著名地质学家赖尔(Ryle)，经过长期的地质勘察，和对前人的学说的研究，于1830年――1833年完成了《地质学原理》一书。赖尔在书中指出，地质的变迁，不必用什么神奇的、超自然的力量来解释，就从现在不断发生着的自然作用，如风、雨、河流、海浪、潮汐、冰川、火山和地震等自然力，不断地侵蚀搬运以及沉积，就能改变地层表面的状况。从古至今，这种微弱的地质作用是均一的。因而过去的地质变化过程是缓慢的。赖尔还指出，如果把地球的年龄估计过短，就看不出这种缓慢的变化。而居维叶正是把几百万年的历史误认为几千年来研究，才导致灾变论的出现，只要把地球的历史看得很长很长，人们就能看到，地球经过一系列缓慢变化，已经发生了巨大变革。赖尔的渐变论有力地驳斥了灾变论的观点，把地质学引向了进化、科学的道路。
第四节 近代技术的形成与发展
一、近代技术的形成--第一次产业革命
第一次技术革命发生于18世纪60年代的英国，这与当时英国的社会条件密不可分。英国资产阶级上台一百多年来，对内进行了农业资本主义改革，大规模的圈地运动，封建庄园变成了资本主义牧场。失去土地的农民成为城市工业的"自由"劳动力。资产阶级还采取了一系列保护私人财产、鼓励工商业发展、奖励技术发明、优待欧洲大陆的能工巧匠等政策。对外不断扩建殖民地，扩大海外贸易，掠夺各地资源，贩卖黑奴等，积累了巨额资金。从而使英国成为第一次技术革命的发源地。这场革命首先从棉纺织业开始，以蒸汽机的发明为基础，从而带动各个产业部门实现了从手工生产向机器生产的转化，最终用机器代替了人的部分体力劳动，使人类社会从农业社会跨进了工业社会。
(一)纺织技术
1733年，织布工人凯伊发明了织布用的飞梭，提高了织布效率一倍而引起严重的"纱荒"，导致了纺织技术不断革新的局面。1765年，纺织工人哈格里沃斯发明了多轴纺纱机即"珍妮机"，揭开了第一次技术革命的序幕。1769年，理发匠阿克莱特发明了使线更结实的水力纺纱机。1779年，工人克伦普顿综合了珍妮机与水力机的优点，发明了纺线既匀称又结实的走锭精纺机即自动"骡机"，大大提高了纺纱的数量和质量，初步完成了纺纱机的革新，却引起了新的不平衡。1785年，牧师卡特莱特发明了用水力推动的卧式自动织布机，提高效率40倍，基本解决了纺纱与织布的矛盾。随之而来的是一系列与纺织配套的机器发明，先后出现了净棉机、梳棉机、轧棉机、自动卷布机、漂白机、整染机等机器，实现了纺织行业的机械化，并带动相关的行业，如毛纺织业、造纸业、印刷业等出现机械化浪潮。
(二)蒸汽机技术
工作机的大量出现形成了机器与动力不足的矛盾，导致了对已有蒸汽机的革新。格拉斯哥大学的仪器修理工瓦特，1763年在修理当时矿山提水用的纽可门蒸汽机时，受布莱克教授关于"比热""潜热"知识启发，发现纽可门蒸汽机效率低的主要原因，是由于机器每完成一次冲程，汽缸就必须冷却一次，下一冲程时再加热汽缸，这样反复冷凝、加热，把大量热能白白消耗掉了。于是从1765年到1784年期间，瓦特对纽可门蒸汽机进行了一系列根本性的改革。首先研制成功了与汽缸分离的单独的冷凝器，大幅度提高了蒸汽机的热效率。然后采用一套连杆曲柄传动机构，把蒸汽机的直线运动改为圆周运动，使蒸汽机带动其它机械作功成为可能。接着，他还设计了飞轮、进气阀门、离心调速器等，解决了蒸汽机连续而稳定的向外输出动力的问题。经瓦特改革的蒸汽机，通过传动装置，成为大工业普遍应用的动力机。
(三)机器制造技术
各种机器的出现，带动着机器制造技术的发展。1775年工程师威尔金森改革了斯米顿制造的镗床，提高了加工精度，用它加工的汽缸内径的误差只有1毫米。17 97年，英国机械师享利·毛兹利制造出了全金属的大型车床，车床上装有滑动刀架，改变了以往用手拿工具进行加工作业的方法，克服了手工操作很难按尺寸要求加工的缺陷，使得一般工人也能迅速而准确地加工部件。这两项发明在机床发展史上占有重要地位，标志着金属加工技术发生了质的飞跃。到19世纪50年代，龙门刨床、铣床、钻床、打孔机、开槽机等机床先后问世，机器制造业完成了从手工向机器操作的过渡，并且进入了用机器制造机器的时代。
(四)钢铁冶炼技术
英国18世纪以前用木炭炼铁，18世纪后由于木炭短缺改用煤炼铁。但英国煤炭中含有硫等杂质，所炼出的铁质地很脆，难以使用。1735年，英国人达比首先发明了把煤炭炼焦炭，再用焦炭炼铁的方法。燃料问题的解决使英国的铁产量迅速增长。到1750年钟表匠享兹曼发明了用坩埚炼钢的方法，坩埚用耐火泥制成，将生铁投入坩埚后将埚封闭，由于铁水与空气隔绝，炼出的钢相当纯净。 1784年，工程师享利·科待又发明了搅炼法，让铁水在不停的搅动中脱碳，冷却后锻压即成熟铁。搅炼法的出现为精炼优质铁开辟了一条广阔的道路。到18世纪末，英国已成为欧洲重要的钢铁出口国，率先进入钢铁时代。
(五)交通运输技术
1807年，美国工程师富尔顿(R.Fulton,1765～1815)发明了轮船。船长40米，宽4米，所用蒸汽机是13.4千瓦。1836年――1838年间，"天狼星"号和"大西洋"轮船完成了横渡大西洋的航行，以后轮船的航速不断加快，到1860年，"格利特伊斯坦"号横渡大西洋只用了11天，水上航行开始进入蒸汽机时代。与此同时，陆路运输的蒸汽机车也逐渐成熟并投入使用。1814年，英国煤矿工人斯蒂芬逊(G.Stephenson,1781～1848)建造出第一台可供实际使用的蒸汽机车，1825年，又制造出第一台客货混合运输的蒸汽机车。此后，火车作为重要的交通工具进入实用阶段。1836年，从利物浦到曼彻斯特铁路正式通车，仅10年时间，英国和爱尔兰铁路就增加到1350公里，到19世纪40年代，世界铁路总长达9 000公里。
(六)化工技术
化工技术在其它生产技术发展的推动下，也随之兴起。1746年，英国医生罗巴克发明铅室制造硫酸的方法，由此开始了硫酸的工业化生产。1791年，法国医生路布兰发明了以氯化纳为原料的制碱方法。他先将食盐和硫酸化合得到硫酸钠，然后再让硫酸纳与石灰、木炭相作用，从而得到碳酸钠，这一制碱法在19世纪上半叶发展很快。为了提高粮食产量，人们开始研究植物所需的肥料成份，并开始了人工制造肥料的历史，到19世纪40年代，德国、英国等欧洲国家陆续建立了磷肥厂、氮肥厂、钾肥厂，使化肥工业获得发展。同时，有机化学合成技术也有了较大发展。1845年，德国化学家霍夫曼在煤焦油中首先发现苯胺，英国化学家用苯胺合成奎宁时，意外地发现了优良染料--笨胺紫。1856年英国人帕金建成了世界第一个合成煤焦油染料工厂。不久，人们从煤焦油中已能提取大量芳香族化合物，并以这些物质为原料，制成种类繁多的香料、杀菌剂、炸药、药品等。
二、近代技术的发展--第二次技术革命
19世纪中叶，当第一次技术革命的成果在欧洲大陆全面推广之际，伴随着近代自然科学的全面繁荣，西方人又迎来了第二次技术革命。这场革命的标志是电力应用。以电机和电力传输、无线电通讯等一系列发明为代表，实现了电能与机械能等各种形式的能量之间的相互转化，给工农业生产提供了远比蒸汽动力更为强大而方便的能源，并由此发展了电力、电化工、汽车、航空、电子等一大批技术密集型新兴产业，原有的资本密集型工业开始向技术密集型工业转移，人类社会从蒸汽时代进入电气时代。
(一)电力技术
在电磁理论的指导下，不少工程师和科学家进行着发电机和电动机的研究。1866年，德国的发明家、商人沃纳·西门子(E.Werner Von Siemens,1816～1892)用电磁铁代替永久磁铁，并靠电机自身发出的电流为自身电磁铁励磁，制造出了第一台能提供强大电流的自激式发电机，从而打开了近代强电技术大门。1873年，德国人阿尔特涅克又研制成功了鼓状转子，使发电机能产生更加均匀的电流，从此发电机得以广泛推广而进入实用阶段。19世纪70年代，电动机进入了实用阶段，1879年，出现了电动机驱动的电车，此后还出现了电梯、起重机、电动机车等。尤其是 19世纪80年代后，法国物理学家、电气技师德普勒研制出第一条高压输电线路，采用英、美、德、俄等国电气工程技术人员发明的三相发电机、电动机、变压器，最终建立了三相交流供电系统。由于三相交流电容易变换电压，高压输电电能损耗小，从而降低了远距离供电成本，使电力很快成为整个工业部门普遍使用的强大动力。
(二)电讯技术
电磁理论的建立不仅推动着电力技术的发展，而且还推动着电讯技术的发展。早在1838年美国的莫尔斯(S.F.Morse,1781～1872)在亨利的帮助下，就发明了由点划组成的电报电码，制造出了第一台有发展前途的电报机。 1844年，美国政府资助莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩之间建成了一条长64公里的电报线路，电报进入实用阶段。1876年，美国人贝尔(A.G.Bell,1847～1922)发明了电话。不久美国人爱迪生又解决了长距离通话的问题，电话很快得到普及。如果说早期的电讯技术局限于有线通讯方面，那么，到19世纪末，自从德国科学家赫兹用实验验证电磁波的存在以后，利用电磁波进行无线通讯的研究吸引了不少人。其中最成功的是意大利发明家马可尼。1895年，马可尼(G.Marconi,1874～1937)用英国人洛奇制作的粉末检波器和自制的接收机、发射机、天线，进行了多次电磁波传递信号的实验。1896年，收发距离达到14.5公里，1899年，收发距离增大到50公里，1901年，无线电信号从英国跨越大西洋，传送到加拿大，为无线电在全球的应用打开了大门。
(三)内燃机技术
19世纪中叶，一批工程技术人员在热力学理论的指导下，开始了内燃机的研制。1860年，法国人雷诺研制出第一台电点火的煤气内燃机，但热效率只有4％。1862年，法国工程师罗沙斯为提高内燃机效率进行了理论分析，提出了等容燃烧的四冲程循环原理。1876年，德国工程师奥托依据罗沙斯提出的原理，研制出第一台四冲程往复活塞式内燃机。1883年，与奥托合作的德国工程师戴姆勒，用汽油代替煤气作内燃机的燃料，制成了第一台汽油内燃机。从此，马力大、体积小、重量轻、效率高的内燃机成为交通工具的主要动力，并带动了汽车工业的迅速崛起。1892年，德国工程师狄塞尔成功地研制出了完全靠压缩点火燃烧的柴油内燃机，成本降低，而热效率和输出功率进一步提高，柴油机成为重型运输工具如拖拉机、机车、轮船等的发动机。柴油机的发明还促使两种热机：燃汽轮机和蒸汽涡轮机的相继问世，为电力工业的发展提供了更强大的动力机。
(四)钢铁冶炼技术
1855年，英国发明家贝塞麦(H.Bessemer,1813～1898)发明了"吹气精炼法"，将炼钢炉从固定式的结构改为可转动的形式，这种转炉炼钢法用大约10分钟时间，就可把十吨左右的生铁炼成熟铁或钢，且费用减少 10倍。 1864年至 1868年，法国人马丁(P.E.Martin,1824～1915)和德国人威廉·西门子(William Simens,1823～1883)发明了"西门子一一马丁炼钢法"（又称平炉炼钢法）。平炉炼钢法与转炉炼钢法相比较，点燃熔炼的时间长些，但产量高，一炉能炼出上百吨钢水，钢的质量较稳定均匀，能生产优质钢。因此，平炉和转炉炼钢法并驾齐驱，为钢产量的大幅度上升做出了贡献。据资料统计，19世纪80年代全世界钢产量只有70万吨，到1900年，钢产量迅速增加到2 783万吨。
第一次技术革命发生于18世纪60年代的英国，这与当时英国的社会条件密不可分。英国资产阶级上台一百多年来，对内进行了农业资本主义改革，大规模的圈地运动，封建庄园变成了资本主义牧场。失去土地的农民成为城市工业的"自由"劳动力。资产阶级还采取了一系列保护私人财产、鼓励工商业发展、奖励技术发明、优待欧洲大陆的能工巧匠等政策。对外不断扩建殖民地，扩大海外贸易，掠夺各地资源，贩卖黑奴等，积累了巨额资金。从而使英国成为第一次技术革命的发源地。这场革命首先从棉纺织业开始，以蒸汽机的发明为基础，从而带动各个产业部门实现了从手工生产向机器生产的转化，最终用机器代替了人的部分体力劳动，使人类社会从农业社会跨进了工业社会。
(一)纺织技术
1733年，织布工人凯伊发明了织布用的飞梭，提高了织布效率一倍而引起严重的"纱荒"，导致了纺织技术不断革新的局面。1765年，纺织工人哈格里沃斯发明了多轴纺纱机即"珍妮机"，揭开了第一次技术革命的序幕。1769年，理发匠阿克莱特发明了使线更结实的水力纺纱机。1779年，工人克伦普顿综合了珍妮机与水力机的优点，发明了纺线既匀称又结实的走锭精纺机即自动"骡机"，大大提高了纺纱的数量和质量，初步完成了纺纱机的革新，却引起了新的不平衡。1785年，牧师卡特莱特发明了用水力推动的卧式自动织布机，提高效率40倍，基本解决了纺纱与织布的矛盾。随之而来的是一系列与纺织配套的机器发明，先后出现了净棉机、梳棉机、轧棉机、自动卷布机、漂白机、整染机等机器，实现了纺织行业的机械化，并带动相关的行业，如毛纺织业、造纸业、印刷业等出现机械化浪潮。
(二)蒸汽机技术
工作机的大量出现形成了机器与动力不足的矛盾，导致了对已有蒸汽机的革新。格拉斯哥大学的仪器修理工瓦特，1763年在修理当时矿山提水用的纽可门蒸汽机时，受布莱克教授关于"比热""潜热"知识启发，发现纽可门蒸汽机效率低的主要原因，是由于机器每完成一次冲程，汽缸就必须冷却一次，下一冲程时再加热汽缸，这样反复冷凝、加热，把大量热能白白消耗掉了。于是从1765年到1784年期间，瓦特对纽可门蒸汽机进行了一系列根本性的改革。首先研制成功了与汽缸分离的单独的冷凝器，大幅度提高了蒸汽机的热效率。然后采用一套连杆曲柄传动机构，把蒸汽机的直线运动改为圆周运动，使蒸汽机带动其它机械作功成为可能。接着，他还设计了飞轮、进气阀门、离心调速器等，解决了蒸汽机连续而稳定的向外输出动力的问题。经瓦特改革的蒸汽机，通过传动装置，成为大工业普遍应用的动力机。
(三)机器制造技术
各种机器的出现，带动着机器制造技术的发展。1775年工程师威尔金森改革了斯米顿制造的镗床，提高了加工精度，用它加工的汽缸内径的误差只有1毫米。17 97年，英国机械师享利·毛兹利制造出了全金属的大型车床，车床上装有滑动刀架，改变了以往用手拿工具进行加工作业的方法，克服了手工操作很难按尺寸要求加工的缺陷，使得一般工人也能迅速而准确地加工部件。这两项发明在机床发展史上占有重要地位，标志着金属加工技术发生了质的飞跃。到19世纪50年代，龙门刨床、铣床、钻床、打孔机、开槽机等机床先后问世，机器制造业完成了从手工向机器操作的过渡，并且进入了用机器制造机器的时代。
(四)钢铁冶炼技术
英国18世纪以前用木炭炼铁，18世纪后由于木炭短缺改用煤炼铁。但英国煤炭中含有硫等杂质，所炼出的铁质地很脆，难以使用。1735年，英国人达比首先发明了把煤炭炼焦炭，再用焦炭炼铁的方法。燃料问题的解决使英国的铁产量迅速增长。到1750年钟表匠享兹曼发明了用坩埚炼钢的方法，坩埚用耐火泥制成，将生铁投入坩埚后将埚封闭，由于铁水与空气隔绝，炼出的钢相当纯净。 1784年，工程师享利·科待又发明了搅炼法，让铁水在不停的搅动中脱碳，冷却后锻压即成熟铁。搅炼法的出现为精炼优质铁开辟了一条广阔的道路。到18世纪末，英国已成为欧洲重要的钢铁出口国，率先进入钢铁时代。
(五)交通运输技术
1807年，美国工程师富尔顿(R.Fulton,1765～1815)发明了轮船。船长40米，宽4米，所用蒸汽机是13.4千瓦。1836年――1838年间，"天狼星"号和"大西洋"轮船完成了横渡大西洋的航行，以后轮船的航速不断加快，到1860年，"格利特伊斯坦"号横渡大西洋只用了11天，水上航行开始进入蒸汽机时代。与此同时，陆路运输的蒸汽机车也逐渐成熟并投入使用。1814年，英国煤矿工人斯蒂芬逊(G.Stephenson,1781～1848)建造出第一台可供实际使用的蒸汽机车，1825年，又制造出第一台客货混合运输的蒸汽机车。此后，火车作为重要的交通工具进入实用阶段。1836年，从利物浦到曼彻斯特铁路正式通车，仅10年时间，英国和爱尔兰铁路就增加到1350公里，到19世纪40年代，世界铁路总长达9 000公里。
(六)化工技术
化工技术在其它生产技术发展的推动下，也随之兴起。1746年，英国医生罗巴克发明铅室制造硫酸的方法，由此开始了硫酸的工业化生产。1791年，法国医生路布兰发明了以氯化纳为原料的制碱方法。他先将食盐和硫酸化合得到硫酸钠，然后再让硫酸纳与石灰、木炭相作用，从而得到碳酸钠，这一制碱法在19世纪上半叶发展很快。为了提高粮食产量，人们开始研究植物所需的肥料成份，并开始了人工制造肥料的历史，到19世纪40年代，德国、英国等欧洲国家陆续建立了磷肥厂、氮肥厂、钾肥厂，使化肥工业获得发展。同时，有机化学合成技术也有了较大发展。1845年，德国化学家霍夫曼在煤焦油中首先发现苯胺，英国化学家用苯胺合成奎宁时，意外地发现了优良染料--笨胺紫。1856年英国人帕金建成了世界第一个合成煤焦油染料工厂。不久，人们从煤焦油中已能提取大量芳香族化合物，并以这些物质为原料，制成种类繁多的香料、杀菌剂、炸药、药品等。
二、近代技术的发展--第二次技术革命
19世纪中叶，当第一次技术革命的成果在欧洲大陆全面推广之际，伴随着近代自然科学的全面繁荣，西方人又迎来了第二次技术革命。这场革命的标志是电力应用。以电机和电力传输、无线电通讯等一系列发明为代表，实现了电能与机械能等各种形式的能量之间的相互转化，给工农业生产提供了远比蒸汽动力更为强大而方便的能源，并由此发展了电力、电化工、汽车、航空、电子等一大批技术密集型新兴产业，原有的资本密集型工业开始向技术密集型工业转移，人类社会从蒸汽时代进入电气时代。
(一)电力技术
在电磁理论的指导下，不少工程师和科学家进行着发电机和电动机的研究。1866年，德国的发明家、商人沃纳·西门子(E.Werner Von Siemens,1816～1892)用电磁铁代替永久磁铁，并靠电机自身发出的电流为自身电磁铁励磁，制造出了第一台能提供强大电流的自激式发电机，从而打开了近代强电技术大门。1873年，德国人阿尔特涅克又研制成功了鼓状转子，使发电机能产生更加均匀的电流，从此发电机得以广泛推广而进入实用阶段。19世纪70年代，电动机进入了实用阶段，1879年，出现了电动机驱动的电车，此后还出现了电梯、起重机、电动机车等。尤其是 19世纪80年代后，法国物理学家、电气技师德普勒研制出第一条高压输电线路，采用英、美、德、俄等国电气工程技术人员发明的三相发电机、电动机、变压器，最终建立了三相交流供电系统。由于三相交流电容易变换电压，高压输电电能损耗小，从而降低了远距离供电成本，使电力很快成为整个工业部门普遍使用的强大动力。
(二)电讯技术
电磁理论的建立不仅推动着电力技术的发展，而且还推动着电讯技术的发展。早在1838年美国的莫尔斯(S.F.Morse,1781～1872)在亨利的帮助下，就发明了由点划组成的电报电码，制造出了第一台有发展前途的电报机。 1844年，美国政府资助莫尔斯在华盛顿和巴尔的摩之间建成了一条长64公里的电报线路，电报进入实用阶段。1876年，美国人贝尔(A.G.Bell,1847～1922)发明了电话。不久美国人爱迪生又解决了长距离通话的问题，电话很快得到普及。如果说早期的电讯技术局限于有线通讯方面，那么，到19世纪末，自从德国科学家赫兹用实验验证电磁波的存在以后，利用电磁波进行无线通讯的研究吸引了不少人。其中最成功的是意大利发明家马可尼。1895年，马可尼(G.Marconi,1874～1937)用英国人洛奇制作的粉末检波器和自制的接收机、发射机、天线，进行了多次电磁波传递信号的实验。1896年，收发距离达到14.5公里，1899年，收发距离增大到50公里，1901年，无线电信号从英国跨越大西洋，传送到加拿大，为无线电在全球的应用打开了大门。
(三)内燃机技术
19世纪中叶，一批工程技术人员在热力学理论的指导下，开始了内燃机的研制。1860年，法国人雷诺研制出第一台电点火的煤气内燃机，但热效率只有4％。1862年，法国工程师罗沙斯为提高内燃机效率进行了理论分析，提出了等容燃烧的四冲程循环原理。1876年，德国工程师奥托依据罗沙斯提出的原理，研制出第一台四冲程往复活塞式内燃机。1883年，与奥托合作的德国工程师戴姆勒，用汽油代替煤气作内燃机的燃料，制成了第一台汽油内燃机。从此，马力大、体积小、重量轻、效率高的内燃机成为交通工具的主要动力，并带动了汽车工业的迅速崛起。1892年，德国工程师狄塞尔成功地研制出了完全靠压缩点火燃烧的柴油内燃机，成本降低，而热效率和输出功率进一步提高，柴油机成为重型运输工具如拖拉机、机车、轮船等的发动机。柴油机的发明还促使两种热机：燃汽轮机和蒸汽涡轮机的相继问世，为电力工业的发展提供了更强大的动力机。
(四)钢铁冶炼技术
1855年，英国发明家贝塞麦(H.Bessemer,1813～1898)发明了"吹气精炼法"，将炼钢炉从固定式的结构改为可转动的形式，这种转炉炼钢法用大约10分钟时间，就可把十吨左右的生铁炼成熟铁或钢，且费用减少 10倍。 1864年至 1868年，法国人马丁(P.E.Martin,1824～1915)和德国人威廉·西门子(William Simens,1823～1883)发明了"西门子一一马丁炼钢法"（又称平炉炼钢法）。平炉炼钢法与转炉炼钢法相比较，点燃熔炼的时间长些，但产量高，一炉能炼出上百吨钢水，钢的质量较稳定均匀，能生产优质钢。因此，平炉和转炉炼钢法并驾齐驱，为钢产量的大幅度上升做出了贡献。据资料统计，19世纪80年代全世界钢产量只有70万吨，到1900年，钢产量迅速增加到2 783万吨。
第四章 现代自然科学的发展
第一节 现代物理学的发展
由哥白尼、维萨里、伽里略、牛顿等开创的近代科学，在18、19世纪获得了全面的发展，取得了巨大的成就。尤其是在经典物理学领域，由于D．伯势利、拉格朗日等人的工作，经典力学被赋予完美的数学形式；经过法拉第、麦克斯韦等人的努力，电、磁、光、热辐射等现象有了统一的理论解释；焦尔、卡诺则向人们系统地揭示了热运动的性质和方向。物理学作为认识自然界的基础理论，向人们展示了一个精致、和谐、清澈的世界图景。
同样，在其它学科领域，星云理论、原子分子理论、生物进化理论、细胞学说、化学元素周期律的建立，以及支撑这些理论的观察和实验基础的确立，极大地丰富和深化了人们对自然界的认识。
在这样的背景下，人们难免不为科学的巨大的成就所陶醉，有人甚至认为科学在一些领域已经发展到顶峰，科学在20世纪的工作仅仅是提高实验精度的细节性的任务了。然而，人们的乐观情绪未能持续很久，尤其在物理学一片晴朗的天空之下，人们自信很快就会消散的几朵疑难问题的乌云，不但没有如期消解，而且在19、20世纪交接之时，新的问题如风雨前的天边浓云滚滚而来。人们精心营造了二百多年的经典物理学大厦，似乎一转眼就到了摇摇欲坠的境地。由于物理学在所有科学领域中的基础地位，激荡在物理学天空上的风雨不可避免地会波及到整个科学世界，人们焦灼地注视着物理学领域的这场暴风骤雨。这场风雨就是20世纪初的物理学革命，它改变了20世纪整个科学的面貌，由此也开始了自然科学发展历史的一个新纪元。
同样，在其它学科领域，星云理论、原子分子理论、生物进化理论、细胞学说、化学元素周期律的建立，以及支撑这些理论的观察和实验基础的确立，极大地丰富和深化了人们对自然界的认识。
在这样的背景下，人们难免不为科学的巨大的成就所陶醉，有人甚至认为科学在一些领域已经发展到顶峰，科学在20世纪的工作仅仅是提高实验精度的细节性的任务了。然而，人们的乐观情绪未能持续很久，尤其在物理学一片晴朗的天空之下，人们自信很快就会消散的几朵疑难问题的乌云，不但没有如期消解，而且在19、20世纪交接之时，新的问题如风雨前的天边浓云滚滚而来。人们精心营造了二百多年的经典物理学大厦，似乎一转眼就到了摇摇欲坠的境地。由于物理学在所有科学领域中的基础地位，激荡在物理学天空上的风雨不可避免地会波及到整个科学世界，人们焦灼地注视着物理学领域的这场暴风骤雨。这场风雨就是20世纪初的物理学革命，它改变了20世纪整个科学的面貌，由此也开始了自然科学发展历史的一个新纪元。
